DE3528581A1 - Vorrichtung zum messen der abhaengigkeit des spezifischen volumens von kunststoffen von druck und temperatur - Google Patents

Description

Stätni vyzkumny ixstav materiälu Prag, CSSR

Vorrichtung zum Messen der Abhängigkeit des spezifischen Volumens von Kunststoffen von Druck und Temperatur

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Messen der Abhängigkeit des spezifischen Volumens eines Kunststoffes von Druck und von der Temperatur. Diese Ergebnisse geben Aufschluß über die Reaktion des Materials auf isothermische hydrostatische Kompression oder auf isobarische Abkühlung, allfällig Erwärmung. Beide Messungen «/erden mit einer Anordnung ausgeführt.

Die Kenntnis dieser Meßwerte wird in der Praxis vor allem bei der Projektion von Maschinen zum Verarbeiten von Kunststoffen und zum Bestimmen des adiabatischen Erwärmens von Kunststoffen sowie in letzter Zeit insbesondere als Werte von Eingangsparametern zum Regeln bzw. Steuern von Spritzvorgängen ausgenutzt.

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Bekannte Vorrichtungen zum Messen der Abhängigkeit des spezifischen Volumens von Kunststoffen von Druck und Temperatur gehören meist zu einem der folgenden drei Typen: Bei einer ersten Gruppe ist ein wesentlicher Teil einer Druckzelle als Preßwerkzeug ausgebildet, das am Tisch einer hydraulischen Presse befestigt ist. Die zweite Gruppe enthält Anordnungen, bei denen die Druckzelle in einem Thermostat angeordnet ist und der Druck auf den Prüfkörper hydraulisch erzeugt wird, wobei die hydraulische Flüssigkeit direkt oder indirekt auf den Prüfkörper einwirken kann. Zur dritten Gruppe gehören Anordnungen, bei denen Prüfkörper von beliebiger Form in einem nachgiebigen Behälter angeordnet werden, der mit Quecksilber gefüllt ist und in einem temperierten, mit einer Flüssigkeit gefüllten Druckbehälter getaucht ist.

Keine dieser Anordnungen ermöglicht jedoch die Durchführung von beiden Arten von Messungen, sondern gestalten nur das Messen nach dem Prinzip der isothermischen hydraulischen Kompression. Die Vorrichtungen sind kompliziert aufgebaut und zur Automation der Meßvorgänge ungeeignet. Ferner ist die Meßgenauigkeit häufig nicht ausreichend.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Meßvorrichtung für Kunststoffe zu schaffen, mit der die Abhängigkeit des spezifischen Volumens von Druck und Temperatur auf einfachere Weise mit hoher Meßgenauigkeit ermöglicht.

Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden

Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.

Die Vorrichtung enthält eine regelbar beheizbare oder kühlbare wärmeisolierte Druckzelle und eine programmiert gesteuerte Belastungsanordnung, die durch einen geradlinigen Hydromotor mit einem elektrohydraulisch gesteuerten Servoventil, einem Kraftabnehmer und einem Bahnabnehmer gebildet wird. Das elektrohydraulische Servoventil ist über ein Summenelement und einem Programmumschalter mit dem Programmator verbunden.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung ermöglicht ein genaues, automatisiertes Messen und Auswerten der notwendigen Parameter und ist besonders für Spritzgußmaschinen geeignet, für deren rechnergesteuerte Einspritzvorgänge die Meßwerte für die Volumenänderungen im Formhohlraum ausgenutzt werden, was eine wesentliche Steigerung der Qualität der Spritzgußerzeugnisse bewirkt.

Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung beschrieben, in der eine Vorrichtung zum Messen der Abhängigkeit des spezifischen Volumens von Kunststoffen von Druck und Temperatur dargestellt ist.

Die Vorrichtung enthält eine temperierbare Druckzelle 2, eine Belastungsanordnung und eine Steuereinheit mit entsprechenden Regelkreisen.

Ein Prüfkörper 1 ist im Arbeitsraum der wärmeisolierten Druckzelle 2 angeordnet. Die Druckzelle 2 kann

beheizt oder gekühlt werden. Die elektrische Heizung wird durch einen Regelkreis 4 mit einem Wärmefühler gesteuert. Gekühlt wird mit einem flüssigen oder gasförmigen Medium in einer Kühlschnecke, wobei die Temperatur des Mediums durch einen Regler 7 mit einem Temperaturfühler 8 im Kühlmedium und einem Durchflußmesser 9 gesteuert wird. Der Prüfkörper 1 wird durch einen Druckkolben 10 belastet, der in seiner Stirnseite eine Bohrung mit einem Temperaturfühler 11 aufweist. Der Antrieb des Kolbens 10 wird von einem hydraulischen Linearantrieb 12 abgeleitet, der durch ein elektrohydraulisches Servoventil 13 und einen Rückkopplungskraft fühler 14 oder durch Verformungsfühler 15 oder durch Hubfühler für die Kolbenstange gesteuert wird. Der Auswurf des Prüfkörpers 1 aus dem Arbeitsraum und dessen Reinigen wird durch einen unteren beweglichen Kolben 16 ausgeführt, an dessen Stirnseite ein Druckfühler 17 angeordnet ist. Zum Messen der Temperatur der Druckzelle 2 ist ein Temperaturfühler 18 vorgesehen und das Einstellen der Kraft oder der Deformation nach einem vorgegebenen Programm erfolgt durch einen Programmator 19. Alle gemessenen Werte werden einem Registrierglied 20 eingegeben und in einer Auswertungseinheit 21 ausgewertet.

Die Anordnung arbeitet entweder mit einer isothermischen hydrostatischen Kompression bei T = konst, wobei der Prüfkörper 1 einer konstanten Deformation y = konst unterworfen wird. Der Fühler 15 erfaßt die Bewegung y des Kolbens und sendet ein Signal y über den Ist-Wert der Bewegung zum Programmator 19 und zum Summenelement 22, wo dieses Signal mit dem Soll-Wert

y = konst verglichen wird und ggf. einen Befehl für eine Änderung von y zur Angleichung des Soll- und des Ist-Wertes des Kolbenhubs auslöst. Um den realen Ablauf der Prüfung wahrzunehmen, wird der Wert y laufend aufgezeichnet.

Ähnlich verläuft das Prüfverfahren beim isobaren Kühlen oder Erwärmen (Druck ρ = konst), bei welchem der Prüfkörper 1 mit einer konstanten Kraft F belastet wird. Die Kraft F wird im Programmator 19 eingestellt und im Summenelement 22 mit der vom Kraftfühler 14 festgestellten Kraft F verglichen. Bei einer Änderung der Länge des Prüfkörpers durch sein gesteuertes Abkühlen oder Erwärmen ändert sich der Kraftwert F = konst zu F und im Summenelement 22 wird ein Signal F erzeugt, auf dessen Grundlage der Kolben des Linearantriebs 12 verstellt wird. Der Verlauf der Kraft F wird während

des PrüfVorganges registriert. Beide bestehenden Handlungen werden für gegebene Werte F = konst und y = konst wiederholt.

Die vom Regler 4 gesteuerte elektrische Heizung J hält die Temperatur des Prüfkörpers 1 bei lange andauernden Prüfungen konstant. Aus dem Programmator 19 wird der Wert der eingestellten Temperatur Tr- , , dem Regler 4 zugeführt, der mittels der Speiseleitung P., die elektrische Heizung steuert. Der Temperaturfühler 5 zeigt die Ist-Temperatur Tp an, die im Regler 4 mit Tr- . , verglichen wird und ggf. eine Änderung der Speiseleitung P., verursacht. Gleichzeitig wird die Temperatur T der Druckzelle 2 vom Fühler 18 erfaßt.

Für ein direktes Kühlen oder Erwärmen des Prüf-

körpers 1 wird entweder ein flüssiges oder gasförmiges Medium verwendet, das durch die Temperieranordnung auf die gewünschte Temperatur L , , oder ggf. auf einen bestimmten Temperaturgradienten eingestellt wird. Das Temperiermedium fließt mit einer Temperatur

T₁, . , und einer Durchflußmenge Q. , durch das K konst ^y konst

Temperiersystem der Druckzelle 2, wobei am Austritt der Zelle dessen Temperatur T., durch den Fühler 8 erfaßt wird. Die Ist-Temperatur T der Druckzelle wird registriert und bildet einen Eingangswert für einen Vergleich mit der Temperatur T,. .

Im Verlauf eines ganzen Meßzyklus unter isothermischen und auch unter isobarischen Verhältnissen werden die Werte aus den Meßfühlern 11 und 17 abgenommen und registriert. Die vom Meßfühler 11 erfaßte Temperatur T stellt eine nächste Annäherung zur realen s

Temperatur des Prüfkörpers 1 dar; ähnlich wie der Wert

F für die Kraft bzw. der Wert ρ für den Druck vom s 's

Meßfühler 17, der gleichzeitig "als Kontrollwert für den vom Meßfühler 14 ermittelten Wert dient.

In der Beschreibung der Wirkungsweise wurden folgende Bezeichnungen angewendet:

y = konst konstante Deformation des Prüfkörpers

y tatsächliche Deformation des Prüf-

körpers (Ist-Wert)

y Differenz zwischen y = konst und y

F = konst konstante auf den Prüfkörper wirkende

Kraft

E konst

K konst

tatsächlich auf den Prüfkörper wirkende Kraft (Ist-Wert)

Differenz zwischen F = konst und F

eingestellte Temperatur der elektrischen Heizung

tatsächliche Temperatur in der Nähe
der Heizung (Ist-Wert)

Speiseleistung der elektrischen Heizung

eingestellter Temperaturwert für Erwärmen oder Kühlen (Temperaturgradient)

Temperatur des Temperiermediums am Austritt aus der Zelle

tatsächliche Temperatur der Zelle (Ist-Wert)

Durchflußmenge des Temperiermediums

tatsächliche Temperatur des Prüfkörpers (Ist-Wert)

tatsächliche Kontrollkraft, die auf den Prüfkörper wirkt (Ist-Wert)

tatsächlicher Druck im Prüfkörper (Ist-Wert) .

- Leerseite

Claims (2)

1. Ansprüche

   Vorrichtung zum Messen der Abhängigkeit des spezifischen Volumens von Kunststoffen von Druck und Temperatur, bestehend aus einer wärmeisolierten Druckzelle und einer Belastungsanordnung,

   dadurch

   gekennzeichnet

   daß der Druckzelle (2) ein regelbares Heiz- und Kühlsystem zugeordnet ist, und daß die programmiert gesteuerte Belastungsanordnung einen hydraulischen Linearantrieb (12) mit elektrohydraulischem Servoventil (13) aufweist, dessen Rückkopplungssteuerung einen Kraftmesser (14) für die vom Linearantrieb (12) auf den Druckkolben (10) ausgeübte Kraft und einen Hubmesser (15) für die Bewegung des Druckkolbens (10) enthält, wobei das Servoventil (13) mit einem Summenelement (22) verbunden ist, an dessen Eingänge der Kraftmesser (14) und der Hubmesser (15) über einen Umschalter (23) sowie ein Programmer (19) über einen

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   u/eiteren Umschalter (24) angeschlossen sind und dessen Ausgang mit dem Servoventil (13) verbunden ist.
2. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1,
   dadurch gekennzeichnet,

   daß die Meßfühler mit einem Registrierglied (20) und mit einer Auswertanordnung (21) verbunden sind.